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第6章数控铣床与铣削加工工艺6．1数控铣床简介一、数控铣床概述二、数控铣削刀具及切削用量的选择6．2数控铣床加工工艺分析一、主要加工对象二、数控机床铣削加工内容的选择三、结构工艺性分析四、零件毛坯的工艺性分析6．3数控铣床加工工艺路线的拟订一、加工方案的选择二、进给路线的确定6．4典型零件的数控铣削加工工艺分析一、数控铣床概述（一）、数控铣床分类1、按主轴位置（1）立式（2）卧式（3）立卧两用2、按系统功能分（1）经济型（2）全功能（3）高速（二）、数控铣床特点半封闭或全封闭防护，主轴无级调速，转速范围宽，手动换刀，刀具装夹方便，一般三坐标联动（三）、数控铣床主要功能A、点位控制功能B、连续轮廓控制功能C、刀具半径补偿功能D、刀具长度补偿功能E、比例及镜像加工功能F、旋转功能G、子程序调用功能H、宏程序功能I、自动加减速控制J、数据输入输出及DNC功能K、自诊断功能二、数控铣削刀具及切削用量的选择（一）铣刀类型的选择（1）A、加工较大平面选面铣刀B、加工凹槽、较小的凸台及平面轮廓选立铣刀C、加工空间曲面、模具型腔或凸模成形表面等选模具铣刀D、加工封闭的键槽选键槽铣刀E、加工变斜角面选鼓形铣刀F、加工各种直的或圆弧形的凹槽、斜角面、特殊孔等选成形铣刀（2）被加工零件的几何形状是选择刀具类型的主要依据。（结合课本的图讲授）A、加工曲面：球头刀，粗加工用两刃铣刀，半精加工和精加工用四刃铣刀B、较大平面时，为了提高生产效率和降低加工表面粗糙度值，用刀片镶嵌式盘形铣刀C、铣键槽的尺寸精度，用两刃铣刀D、孔加工时，用钻头、镗刀等孔加工类刀具(3)可转位铣刀的选用A、刀片排列方式：a、平装结构（径向）优点：刀体结构工艺性好，容易加工，并可采用无孔刀片，可重磨缺点：容屑空间小运用：轻型和中量型的铣削加工b、立装结构（切向）优点：用一个螺钉固定，结构简单，转位方便，夹紧力随切削力增大而增大，省去夹紧元件，容屑空间大，缺点：刀体加工难度大，一般要五坐标加工中心进行加工运用：重型和中量型的铣削加工B、角度选择a、主偏角Kr（径向切削力和切削深度影响大）b、前角r。（径向前角影响切削功率，轴向前角影响切屑的形成和轴向力的方向）c、齿数d、直径e、最大背吃刀量f、刀片牌号（4）切削用量的选择原则：先选取背吃刀量或侧吃刀量，其次确定进给速度，最后确定切削速度。A、背吃刀量（端铣）ap或侧吃刀量ae[注]：端铣和周铣：端铣是指用铣刀端面刃进行铣削。端铣时刀具参加切削的刀齿多，切削力平稳，不易产生冲击和振动。周铣是指用铣刀周边的齿刃进行铣削。周铣时1-2个齿参加切削，在切入和切出时切削力变化大，采用螺旋形刀齿补救。端铣由铣刀外圆排列齿缘完成，端面切削刃起修光作用，可获得较高的粗糙度。周铣刀尖工作负荷大，易磨损，刀具寿命低。端铣刀杆粗而短，刚度好，可进行强力切削。周铣平面一般采用卧式铣床。端铣法铣出的平面，其平面度的好坏主要决定于铣床主轴轴线与进给方向的垂直度。周铣法铣出的平面，其平面度的好坏主要决定于铣刀的圆柱度，因此在精铣平面时，要保证铣刀的圆柱度。a、端铣时，ap为切削层深度ae为被加工表面的宽度b、周铣时，ap为被加工表面的宽度ae为切削层深度1）Ra12.5-25,周铣加工余量小于5，端铣小于6，一次进给完成或两次完成2)Ra3.2-12.5，分粗铣和半精铣(0.5-1.0)两步进行3)Ra0.8-3.2，分粗铣、半精铣（1.5-2)和精铣(0.3-0.5)三步进行B、主轴转速主轴转速n根据允许的切削速度υc来确定：n=1000υc/πd理论上，υc越大越好，这样可以提高生产率，而且可以避开生成积屑瘤的临界速度，获得较低的表面粗糙度值。但实际上由于机床、刀具等的限制，使用国内机床、刀具时允许的切削速度常常只能在100～200m/min范围内选取。（表6-4）C、切削进给速度切削进给速度应根据所采用机床的性能、刀具材料和尺寸、被加工材料的切削加工性能和加工余量的大小一般原则是：工件表面的加工余量大，切削进给速度低；反之相反。切削进给速度可由机床操作者根据被加工工件表面的具体情况进行手工调整，以获得最佳切削状态。切削进给速度不能超过按逼近误差和插补周期计算所允许的进给速度。fz为每齿进给量，它的选取决于工件材料的力学性能、刀具材料、工件表面粗糙度等因素。（表6-5）6．2数控铣床加工工艺分析6．2．1数控铣削的主要加工对象1．平面类零件加工面平行或垂直于水平面，或加工面与水平面的夹角为定角的零件为平面类零件(见图6—6)。其特点是各个加工面是平面，或可以展开成平面。一般只需用三坐标数控铣床的两坐标联动(即两轴半坐标联动)就可以把它们加工出来。2.变斜角类零件加工面与水平面的夹角呈连续变化的零件称为变斜角类零件（图6—7）。变斜角类零件的变斜角加工面不能展开为平面，但在加工中，加工面与铣刀圆周接触的瞬间为一条线。最好采用四坐标或五坐标数控铣床摆角加工，在没有上述机床时，可采用三坐标数控铣床，进行两轴半坐标近似加工。3．曲面类零件加工面为空间曲面的零件称为曲面类零件(如图6—8)。曲面类零件的加工面不能展开为平面，加工时，加工面与铣刀始终为点接触。常用两轴半联动数控铣床来加工精度要求不高的曲面；精度要求高的曲面类零件一般采用三轴联动数控铣床加工；当曲面较复杂、通道较狭窄、会伤及毗邻表面及需刀具摆动时，要采用四轴甚至五轴联动数控铣床加工。a)带平面轮廓的平面零件b)带斜平面的平面零件c)带正圆台和斜筋的平面零件图6—6平面类零件图6—7变斜角零件图6—8叶轮return6．2．2数控机床铣削加工内容的选择1．采用数控铣削加工内容(1)工件上的曲线轮廓内、外形，特别是由数学表达式给出的非圆曲线与列表曲线等曲线轮廓。(2)已给出数学模型的空间曲线。(3)形状复杂，尺寸繁多，划线与检测困难的部位。(4)用通用铣床加工时难以观察、测量和控制进给的内、外凹槽。(5)以尺寸协调的高精度孔或面。(6)能在一次安装中顺带铣出来的简单表面或形状。(7)采用数控铣削能成倍提高生产率，大大减轻体力劳动的一般加工内容。2．不宜采用数控铣削加工内容(1)需要进行长时间占机和进行人工调整的粗加工内容，如以毛坯粗基准定位划线找正的加工。(2)必须按专用工装协调的加工内容(如标准样件、协调平板、模胎等)。(3)毛坯上的加工余量不太充分或不太稳定的部位。(4)简单的粗加工面。(5)必须用细长铣刀加工的部位，一般指狭长深槽或高筋板小转接圆弧部位。6．2．3数控铣床加工零件的结构工艺性分析1．零件图样尺寸的正确标注构成零件轮廓的几何元素(点、线、面)的相互关系(如相切、相交、垂直和平行等)，的给定条件是否充分，应无引起矛盾的多余尺寸或影响工序安排的封闭尺寸等。2．保证获得要求的加工精度检查零件的加工要求，如尺寸加工精度、形位公差及表面粗糙度在现有的加工条件下是否可以得到保证，是否还有更经济的加工方法或方案。对一些特殊情况，如面积较大的薄板，当其厚度小于3mm时，就应在工艺上充分重视这一问题。3．零件内腔外形的尺寸统一4．尽量统一零件轮廓内圆弧的有关尺寸（1）内槽圆弧半径R的大小决定着刀具直径的大小，所以内槽圆弧半径R不应太小。（图6—9）。一般，当R0.2H(H为被加工轮廓面的最大高度)时，可以判定零件上该部位的工艺性不好。（2）零件铣削槽底平面时，槽底面圆角或底板与肋板相交处的圆角半径r不要过大（图6-10）。R越大，端刀刃铣削平面的能力越差.因为铣刀与铣削平面接触的最大直径d=D—2r(D为铣刀直径)，当D越大而r越小时，铣刀端刃铣削平面的面积越大，加工平面的能力越强，铣削工艺性当然也越好。5．保证基准统最好采用统一基准定位，因此零件上应有合适的孔作为定位基准孔，也可以专门设置工艺孔作为定位基准(如在毛坯上增加工艺凸台或在后继工序要铣去的余量上设基准孔)。若无法制出工艺孔，最起码也要用精加工表面作为统一基准，以减少二次装夹产生的误差。6．分析零件的变形情况零件在数控铣削加工时的变形较大时，就应当考虑采取一些必要的工艺措施进行预防。图6-9肋板高度与内孔转接圆弧对零件铣削工艺性的影响图6—10零件底面与肋板的转接圆弧对零件铣削工艺性的影响return6．2．4数控铣削零件毛坯的工艺性分析1．毛坯应有充分的加工余量，稳定的加工质量毛坯主要指锻、铸件，因模锻时的久压量与允许的错模量会造成余量多少不等，铸造时也会因砂型误差、收缩量及金属液体的流动性差不能充满型腔等造成余量不等。另外，锻造、铸造后，毛坯的翘曲与扭曲变形量的不同也会造成加工余量不充分、不稳定。因此，除板料外，不管是锻件、铸件还是型材，只要准备采用数控铣削加工，其加工面均应有较充分的余量。2．分析毛坯的装夹适应性主要考虑毛坯在加工时定位和夹紧的可靠性与方便性，以便充分发挥数控铣削在一次安装中加工出较多待加工面。对于不便装夹的毛坯，可考虑在毛坯上另外增加装夹余量或工艺凸台来定位与夹紧，也可以制出工艺孔或另外准备工艺凸耳来特制工艺孔作定位基准（图6—11）。3．分析毛坯的余量大小及均匀性4．尽量统一零件轮廓内圆弧的有关尺寸主要是考虑在加工时要不要分层切削，分几层切削。也要分析加工中与加工后的变形程度，考虑是否应采取预防性措施与补救措施。图6—11增加毛坯辅助基准示例6．3数控铣床加工工艺路线的拟订6．3．1数控铣削加工方案的选择1．平面轮廓的加工方法这类零件的表面多由直线和圆弧或各种曲线构成，通常采用3坐标数控铣床进行两轴半坐标加工（图6—12）。图6—12平面轮廓铣削2．固定斜角平面的加工方法图6—13主轴摆角加工固定斜面固定斜角平面是与水平面成一固定夹角的斜面，常用的加工方法如下：（1）当零件尺寸不大时，可用斜垫板垫平后加工；如果机床主轴可以摆角，则可以摆成适当的定角，用不同的刀具来加工(见图6—13)。当零件尺寸很大，斜面斜度又较小时，常用行切法加工，但加工后，会在加工面上留下残留面积，需要用钳修方法加以清除，用3坐标数控立铣加工飞机整体壁板零件时常用此法。当然，加工斜面的最佳方法是采用5坐标数控铣床，主轴摆角后加工，可以不留残留面积。（2）对于图6—6c所示的正圆台和斜筋表面，一般可用专用的角度成型铣刀加工。其效果比采用5坐标数控铣床摆角加工好。3．变斜角面的加工图6—144、5坐标数控铣床加工零件变斜角面图6—15用鼓形铣刀分层铣削变斜角（1）对曲率变化较小的变斜角面，用4坐标联动的数控铣床，采用立铣刀(但当零件斜角过大，超过机床主轴摆角范围时，可用角度成型铣刀加以弥补)以插补方式摆角加工（图6—14a)。（2）对曲率变化较大的变斜角面，用4坐标联动加工难以满足加工要求，最好用5坐标联动数控铣床，以圆弧插补方式摆角加工（图6—14b）。（3）采用3坐标数控铣床两坐标联动，利用球头铣刀和鼓形铣刀，以直线或圆弧插补方式进行分层铣削加工，加工后的残留面积用钳修方法清除（图6—15）。4．曲面轮廓的加工方法（1）对曲率变化不大和精度要求不高的曲面的粗加工，常用两轴半坐标的行切法加工，即x、y、z3轴中任意两轴作联动插补，第三轴作单独的周期进给。如图6—16所示。两轴半坐标加工曲面的刀心轨迹O1O2和切削点轨迹ab，如图6—17所示。（2）对曲率变化较大和精度要求较高的曲面的精加工，常用z、y、z3坐标联动插补的行切法加工。如图6—18所示。（3）对像叶轮、螺旋桨这样的零件，因其叶片形状复杂，刀具容易与相邻表面干涉，常用5坐标联动加工。其加工原理如图6—19所示。图6—16两轴半坐标行切法加工曲面图6—17两轴半坐标行切法加工曲面的切削点轨迹图4—183轴联动行切法加工曲面的切削点轨迹图4—19曲面的5坐标联动加工return6．3．2进给路线的确定1．顺铣和逆铣的选择铣削有顺铣和逆铣两种方式（图6—20）。当工件表面无硬皮，机床进给机构无间隙时，应选用顺铣，按照顺铣安排进给路线。因为采用顺铣加工后，零件已加工表面质量好，刀齿磨损小。精铣时，尤其是零件材料为铝镁合金、钛合金或耐热合金时，应尽量采用顺铣。当工件表面有硬皮，机床